Mike11水动力模型在桥梁壅水计算中的应用
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关键词 ： ｋｌ； Ｍｉｅ １ 水动 力模 型 ； 梁 壅水 桥
大的影 响 ，因此必须慎重选用。 随着社会经济 的发展 ，越 来越多的涉水工程 开始兴建 ，导致对河 由于实测资料的 限制 ，河段糙率不易准确 确定 ，因此计算 时应采 道 的影响 Ｅ益显著 。 《 ｌ ｉ 可道管 理范围 内建设项 目防洪评 价报告编制导 用 实测资料来率定糙率。 则》 （ 试行）中提 出： “ 占用 河道断面 ，影响洪水下 泄的阻水建筑 ２４ 桥 墩 概 化 对 ． 物 ，应进行 壅水计算。 目前 涉水工程 阻水壅高的计算方法主要有经验 ” 由 于桥 墩 的 阻 碍 和 束 窄 作 用 ，水 流 经 过 桥 墩 时需 要 克 服 桥 墩 施 加 公式法和水力学计算模型 。由于经验 公式的多样性 以及对 不同参数取 的阻力 ，从而在 桥墩前形成一定 的水位壅高 ，并损 失一定的水头 。影 值的敏感 性 ，造 成各种经验公式计算 出的成果差别较大 ，使用 起来有 响桥墩 阻水作用 的凶素 十分复杂 ，包括上游 流量条件 、河 道 的地 形 、 定的局 限性 ；而水力学模型计算理论 及成果可靠 ，因而 受到了广泛 糙率 ，桥墩 的布置 和形状等 ，Ｍｉｅ １的水工建筑 物设定 功能中提供 了 ｋｌ 应 用 。 目前 成熟 的计 算软 件主 要有 Ｄ ｋ ＨＩＭｉｅ系列 、Ｄ ｌ３ ｅｆ Ｄ、Ｈｅ— 专 门的桥梁模块 对桥墩进行模拟 ，建模时仅需提供相应参数 即可。 ｔ ｃ Ｒ ｓ ＭＳ等 。 ａ、Ｓ ３ 计 算 实 例 １ Ｍｉｅ １模 型简 介 ｋｌ 某河流全长约为 ９７ ｋ ．３ ｍ，拟建跨 河桥 梁一座 ，桥梁 与水 流方向夹 Ｍｉｅ 丹 麦 水 力 研 究 所 （ａ ｉ ｄａｌ ｓｔｔ．简 称 Ｄ ） 角 为 ９ 。 ｋｌ １是 Ｄ ｎｓ Ｈｙｒｕｉ Ｉｉ ｅ ｈ ｃ ｔｕ ＨＩ Ｏ ，桥 型 为单 孔 双 悬 臂 现 浇 梁 墙 ，设 置 ２个 圆形 桥 墩 和 桩 基 ，桥 开发 的一系列水动力学软件之 一 ，用于模拟任何河 流流量 、水位 、泥 墩中心间距 ｌｍ。采用 Ｍｉｅ 水动 力模块进行计算 ，河床糙 率根据 文 ０ ｋｌ １ 沙输送的软件系统 。Ｍｉｅ ｋ １ １功能较为齐全 ，包 括水 动力学模 型 （ Ｄ 测资料率定 ，计算成果见下表。 Ｈ Ｍｏ ｅ ｄ１ ）、对 流扩 散 及 粘 性 输 沙 模 型 、非 粘 性 沙 传 导模 型 、Ｎ ＡＭ 降 雨 径 拟 建桥 梁 阻 水 壅 高计 算 成 果 表 流模 型 、单位线模 型 、洪水实 时预报模型 （Ｆ Ｆ ）、地理信息 系统等模 频 率 Ｐ 设 ） 阻 水桥 墩 型 ，其中又以水动力学模型 （ Ｄ Ｍｏ ｅ）的应用最为广泛 。 Ｈ ｄ１ Ｅ （ Ｌ ％） 壅 高 ） ） Ｍｉｅ １ＨＤ是用 以模拟河流及河 口水流的隐式有 限差 分模型 。也 ｋ ｌ 适合于支流 、河网及准二维 的洪泛平原 区水流的模型。Ｍｉｅ ｌ ｋ ＨＤ是 １ 个 一维一层 （ 向均质）的水力学模 型。其差分格式采用 了六点 中心 垂 隐式 格式 （ ｂ ｏｔＳｈｍｅ，其数 值计 算采 用传 统 的 “ Ａ ｂ ｔ ｃｅ ） 追赶 法 ” ，即 “ 双扫”算法 。该模型还 可根据不 同地 区 的水 流条件调整差 分计算 模 结 语 式 ，以描述超 临界水 流条件及亚临界水 流。模 型也可用于从 陡峭的山 跨河建筑物如桥梁等布置存河道里的支墩 可能压缩河道过水断面 ， 区河 流 到感 潮 河 口 的各 种 垂 向 均 质 水 流 条 件 。 此 外 ，在 进 行 完 全 水 动 造成局部流速加大 ，壅水 、冲刷 、流速紊乱 等 ，对河道行洪 、输 水和 力学模拟 的同时 ，也 可进行 各种简化 的水流条 件的水流模拟 ，如 ：扩 河 势 变 化 产 生 重 大 影 响 。 正 确 分 析 计 算 工程 后 产 生 的 壅 水 影 响是 采取 散 波 、运 动 波 及 准 稳 定 流 的 计 算 。 Ｍ前 ，该 系统 已 在 世 界 各 地 各 种 工 防 治 补救 措 施 的 前 提 条 件 ，Ｍｉｅ １ 维 水 动 力 模 型 在 壅 水 分 析 计 算 中 ｋｌ一 程 研 究 巾得 以运 用 。 使用 简单 ，成果可靠 ，计算效率高，是一种值得推广的好方法。
一前 言 一２ 有关 问题 的 处 理
２１ 控制 方 程 ． 维水 动 力 模 型 的 控 制 方 程组 为圣 维 南 方 程 组 ：
一
ｆ＋ ＝ Ｉ ＋ 譬） ＋ ＝ （ ＋ ｓ ｏ ｇ 器 Ａ
式 中：ｘ为距 离坐标 ；ｔ 时间坐标 ；Ａ为过水 断面面积 ；Ｑ为流 为 量 ；ｈ为水位 ；ｑ为旁侧人流量 ；Ｃ为谢才 系数 ；Ｒ为水力 半径 ；ｇ为 重力加速度。 ＨＤ 模 型 利 用 Ａｂ ｏ ｂｔ 点 隐 式 格 式 离 散 上 述 控 制 方 程 组 ，河 道 上 ｔ六 的每个 网格节 点按 照水位点 （－ ｏｎｓ ｈ ｐ ｉｔ ）和流 量点 （— ０ ｔ）的顺序 ｑ ｐｉ ｓ ｎ 交替布置 ，然后在每个时问步 内采 用隐式的有 限差分法 交替计算水位 点和流量点 。该格式 可以在相当大 的克 朗数下保持 计算稳定 ，并可采 取 较 长 的 时间 步 长 以 节 省计 算 时间 。 ２２ 定 解 条 件 － 求解控制方程需要 定解条件 ，定解 条件又包括初始条件 和边界条 件。Ｍｉｅ ｋ１ １中求解一维水动力模型时 ，初始条件一般给定水位 ；上边 界 给定流量过程 ，下边 界给定水位过程。 ２３ 河 道糙 率 － 河道糙率是反映河 流阻力 的一个综合性系数 ，也 是衡量河流能量 损失大小 的一个特征量 。它是 水流与河槽相互作用 的产 物。糙率在水 力计算 中是一个重要 的影响 因素 ，如果选择不 当将对计 算成果产生很
水利 工程
民营科技
２ ０年 第 ７期 ０１
Ｍｉｅ 水动力模型在桥梁壅水 ｋ ｌ １ 计 算 中的应用
邓 苏谊 （ 东省 水 利 电 力规 划 勘 测 设 计研 究 院 ， 东 广 州 ５ ０ ３ ） 广 广 １６ ５
摘 要： 介绍 了 Ｍｉｅ ｌ ｋ ｌ 模型的原理 、 功能， 并对其在桥 梁壅水计算方面的应用进行 了实例研 究， 究结果较为满意。 研
大的影 响 ，因此必须慎重选用。 随着社会经济 的发展 ，越 来越多的涉水工程 开始兴建 ，导致对河 由于实测资料的 限制 ，河段糙率不易准确 确定 ，因此计算 时应采 道 的影响 Ｅ益显著 。 《 ｌ ｉ 可道管 理范围 内建设项 目防洪评 价报告编制导 用 实测资料来率定糙率。 则》 （ 试行）中提 出： “ 占用 河道断面 ，影响洪水下 泄的阻水建筑 ２４ 桥 墩 概 化 对 ． 物 ，应进行 壅水计算。 目前 涉水工程 阻水壅高的计算方法主要有经验 ” 由 于桥 墩 的 阻 碍 和 束 窄 作 用 ，水 流 经 过 桥 墩 时需 要 克 服 桥 墩 施 加 公式法和水力学计算模型 。由于经验 公式的多样性 以及对 不同参数取 的阻力 ，从而在 桥墩前形成一定 的水位壅高 ，并损 失一定的水头 。影 值的敏感 性 ，造 成各种经验公式计算 出的成果差别较大 ，使用 起来有 响桥墩 阻水作用 的凶素 十分复杂 ，包括上游 流量条件 、河 道 的地 形 、 定的局 限性 ；而水力学模型计算理论 及成果可靠 ，因而 受到了广泛 糙率 ，桥墩 的布置 和形状等 ，Ｍｉｅ １的水工建筑 物设定 功能中提供 了 ｋｌ 应 用 。 目前 成熟 的计 算软 件主 要有 Ｄ ｋ ＨＩＭｉｅ系列 、Ｄ ｌ３ ｅｆ Ｄ、Ｈｅ— 专 门的桥梁模块 对桥墩进行模拟 ，建模时仅需提供相应参数 即可。 ｔ ｃ Ｒ ｓ ＭＳ等 。 ａ、Ｓ ３ 计 算 实 例 １ Ｍｉｅ １模 型简 介 ｋｌ 某河流全长约为 ９７ ｋ ．３ ｍ，拟建跨 河桥 梁一座 ，桥梁 与水 流方向夹 Ｍｉｅ 丹 麦 水 力 研 究 所 （ａ ｉ ｄａｌ ｓｔｔ．简 称 Ｄ ） 角 为 ９ 。 ｋｌ １是 Ｄ ｎｓ Ｈｙｒｕｉ Ｉｉ ｅ ｈ ｃ ｔｕ ＨＩ Ｏ ，桥 型 为单 孔 双 悬 臂 现 浇 梁 墙 ，设 置 ２个 圆形 桥 墩 和 桩 基 ，桥 开发 的一系列水动力学软件之 一 ，用于模拟任何河 流流量 、水位 、泥 墩中心间距 ｌｍ。采用 Ｍｉｅ 水动 力模块进行计算 ，河床糙 率根据 文 ０ ｋｌ １ 沙输送的软件系统 。Ｍｉｅ ｋ １ １功能较为齐全 ，包 括水 动力学模 型 （ Ｄ 测资料率定 ，计算成果见下表。 Ｈ Ｍｏ ｅ ｄ１ ）、对 流扩 散 及 粘 性 输 沙 模 型 、非 粘 性 沙 传 导模 型 、Ｎ ＡＭ 降 雨 径 拟 建桥 梁 阻 水 壅 高计 算 成 果 表 流模 型 、单位线模 型 、洪水实 时预报模型 （Ｆ Ｆ ）、地理信息 系统等模 频 率 Ｐ 设 ） 阻 水桥 墩 型 ，其中又以水动力学模型 （ Ｄ Ｍｏ ｅ）的应用最为广泛 。 Ｈ ｄ１ Ｅ （ Ｌ ％） 壅 高 ） ） Ｍｉｅ １ＨＤ是用 以模拟河流及河 口水流的隐式有 限差 分模型 。也 ｋ ｌ 适合于支流 、河网及准二维 的洪泛平原 区水流的模型。Ｍｉｅ ｌ ｋ ＨＤ是 １ 个 一维一层 （ 向均质）的水力学模 型。其差分格式采用 了六点 中心 垂 隐式 格式 （ ｂ ｏｔＳｈｍｅ，其数 值计 算采 用传 统 的 “ Ａ ｂ ｔ ｃｅ ） 追赶 法 ” ，即 “ 双扫”算法 。该模型还 可根据不 同地 区 的水 流条件调整差 分计算 模 结 语 式 ，以描述超 临界水 流条件及亚临界水 流。模 型也可用于从 陡峭的山 跨河建筑物如桥梁等布置存河道里的支墩 可能压缩河道过水断面 ， 区河 流 到感 潮 河 口 的各 种 垂 向 均 质 水 流 条 件 。 此 外 ，在 进 行 完 全 水 动 造成局部流速加大 ，壅水 、冲刷 、流速紊乱 等 ，对河道行洪 、输 水和 力学模拟 的同时 ，也 可进行 各种简化 的水流条 件的水流模拟 ，如 ：扩 河 势 变 化 产 生 重 大 影 响 。 正 确 分 析 计 算 工程 后 产 生 的 壅 水 影 响是 采取 散 波 、运 动 波 及 准 稳 定 流 的 计 算 。 Ｍ前 ，该 系统 已 在 世 界 各 地 各 种 工 防 治 补救 措 施 的 前 提 条 件 ，Ｍｉｅ １ 维 水 动 力 模 型 在 壅 水 分 析 计 算 中 ｋｌ一 程 研 究 巾得 以运 用 。 使用 简单 ，成果可靠 ，计算效率高，是一种值得推广的好方法。
一前 言 一２ 有关 问题 的 处 理
２１ 控制 方 程 ． 维水 动 力 模 型 的 控 制 方 程组 为圣 维 南 方 程 组 ：
一
ｆ＋ ＝ Ｉ ＋ 譬） ＋ ＝ （ ＋ ｓ ｏ ｇ 器 Ａ
式 中：ｘ为距 离坐标 ；ｔ 时间坐标 ；Ａ为过水 断面面积 ；Ｑ为流 为 量 ；ｈ为水位 ；ｑ为旁侧人流量 ；Ｃ为谢才 系数 ；Ｒ为水力 半径 ；ｇ为 重力加速度。 ＨＤ 模 型 利 用 Ａｂ ｏ ｂｔ 点 隐 式 格 式 离 散 上 述 控 制 方 程 组 ，河 道 上 ｔ六 的每个 网格节 点按 照水位点 （－ ｏｎｓ ｈ ｐ ｉｔ ）和流 量点 （— ０ ｔ）的顺序 ｑ ｐｉ ｓ ｎ 交替布置 ，然后在每个时问步 内采 用隐式的有 限差分法 交替计算水位 点和流量点 。该格式 可以在相当大 的克 朗数下保持 计算稳定 ，并可采 取 较 长 的 时间 步 长 以 节 省计 算 时间 。 ２２ 定 解 条 件 － 求解控制方程需要 定解条件 ，定解 条件又包括初始条件 和边界条 件。Ｍｉｅ ｋ１ １中求解一维水动力模型时 ，初始条件一般给定水位 ；上边 界 给定流量过程 ，下边 界给定水位过程。 ２３ 河 道糙 率 － 河道糙率是反映河 流阻力 的一个综合性系数 ，也 是衡量河流能量 损失大小 的一个特征量 。它是 水流与河槽相互作用 的产 物。糙率在水 力计算 中是一个重要 的影响 因素 ，如果选择不 当将对计 算成果产生很
水利 工程
民营科技
２ ０年 第 ７期 ０１
Ｍｉｅ 水动力模型在桥梁壅水 ｋ ｌ １ 计 算 中的应用
邓 苏谊 （ 东省 水 利 电 力规 划 勘 测 设 计研 究 院 ， 东 广 州 ５ ０ ３ ） 广 广 １６ ５
摘 要： 介绍 了 Ｍｉｅ ｌ ｋ ｌ 模型的原理 、 功能， 并对其在桥 梁壅水计算方面的应用进行 了实例研 究， 究结果较为满意。 研
